汽车发动机原理第八章汽油机溷合气的形成和燃烧课件

发动机原理第三篇燃烧与排放第8章汽油机混合气的形成和燃烧

8.1汽油机燃烧过程

图8.1汽油机的燃烧过程Ⅰ—着火落后期Ⅱ—明显燃烧期Ⅲ—补燃期1—开始点火2—形成火焰中心3—最高压力点燃烧过程分解（1）着火落后期——从火花塞点火到火焰核心形成的阶段，即从火花塞点火(点1)至气缸压力线明显脱离压缩线而急剧上升时(点2)的时间或曲轴转角

（2）明显燃烧期——指气缸压力线脱离压缩线开始急剧上升到压力达到最高点(图8.1中3点)止——压力升高率代表发动机工作粗暴度和等容度

（3）后燃期——明显燃烧期终点3至燃料基本上完全燃烧为止

（2）湍流火焰燃烧速率

图8.3在不同湍流作用下的火焰前锋厚度（a）湍流较弱（b）湍流较强不规则燃烧

1）循环波动

图8.5汽油机典型的气缸压力循环变化情况

（1）混合气成分波动

（2）气体运动状态波动

改善循环波动①一般时循环波动最小，过浓或过稀都会使循环波动加剧。可见过量空气系数对循环波动的影响很大。②适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环波动。③残余废气系数过大，则循环波动加剧④发动机在低负荷(会增大)、低转速(湍流程度会降低)时，循环波动加剧⑤多点点火有利于减少循环波动⑥提高点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙,有助于减小循环波动

不正常燃烧

1.爆燃

现象——爆燃时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动(锯齿波)，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此也称爆燃为敲缸。轻微敲缸时，发动机功率上升，严重敲缸时，发动机功率下降，转速下降，工作不稳定，机身有较大振动，同时冷却水过热，润滑油温度明显上升机理——火花塞点火后，火焰前锋面呈球面波形状以正常传播速度（30～70m／s）向周围传播，气缸内压力和温度都急剧升高。混合气燃烧产生的压力波迅速向周围传播，在火焰前锋面之前先期到达燃烧室边缘区域，该区域的可燃混合气(即末端混合气)在压缩终点温度的基础上进一步受到压缩和热辐射，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身压力和温度不断升高，燃前化学反应加速。一般来说，这些都是正常现象，但如果这一反应过于迅速，以至在火焰锋面到达之前末端混合气即以低温多阶段方式开始自燃，则引发爆燃。爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加。这种类似阶跃的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音(即敲缸声)，这就是爆燃。

影响因素——（1）燃料性质辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。（2）末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。例如，提高压缩比，则气缸内压力、温度升高，爆燃易发生。（3）火焰前锋传播到末端混合气的时间提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。

运转因素对燃烧的影响

1.点火提前角

点火提前角调整特性——当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性

图8.10点火提前角不同时的图

2.混合气浓度

混合气浓度调整特性——在汽油机的转速、节气门开度保持一定，点火提前角为最佳值时调节供油量，记录功率、燃油消耗率、排气温度随过量空气系数的变化曲线4.转速——转速增加时，应增大点火提前角

8.2汽油机混合气制备原理

汽油机理想混合气特性

1．功率混合气与经济混合气

2．理想混合气——汽油机在全负荷运行时，希望获得更大的功率以达到最大的动力性能，此时要求供给功率混合气，而在其他负荷运行时，则应从经济性要求出发，来选用合适的混合气浓度

1)经济混合气及功率混合气特性线

2)理想负荷特性线

——负荷特性线是指转速不变时，随负荷而变化的规律(1)转速固定时，作出各个节气门位置的调整特性线。图8.15(a)为其中的一例

(2)将这些调整特性线转为图8.15(b)所示的负荷特性线。此线呈鱼钩状，其及两个点分别与图8.15(a)的及对应。

(3)将所有节气门位置的鱼钩线统一画在图8.15(c)的-坐标图上，然后取其外包络线，就是该转速的最经济的负荷特性线。因为经过了全面的调整，各负荷的值不可能再低于此包络线

3)理想混合气特性

将上述试验作出的理想负荷特性线，按图8.15的相反顺序作图，可得到对应的-线或-节气门开度线，这就是该转速的理想混合气特性线。各转速的特性线叠在一起，就是理想混合气的全特性线族

4）动态过程对混合气特性的要求

冷车起动

暖车过程加速

急减速

图8.18理想化油器特性线的制取

2.简单化油器特性

简单化油器的进气流量计算式为空气流速

通过喷油口(亦即通过主量孔)的供油率为

为主量孔前后的压差

所以

﹤时不供油。此时，真空度不足以提升的油柱，致使油面达不到喷管口。

加大后开始喷油。由∞趋于一个常数。该值由式(8-7)中各参数所决定。可以按要求选用不同参数来加以调节。

简单化油器特性的校正

3．现代化油器特性的获取

（1）低怠速的I区值过大，即混合气过稀，甚至不出油，为此，要附加怠速油系进行怠速供油，同时，由怠速圆滑过渡到主喷油段，满足低速供油和平稳过渡的要求。（2）主供油Ⅱ区的值过小，混合气偏浓，一般采用渗气补偿装置(带泡沫管的补偿油井)来校正。（3）大负荷、满负荷Ⅲ区过大而混合气偏稀，因此要加装机械及真空加浓装置(省油器)，使油门开度从85％左右开始逐步加浓到满负荷的值。

电控燃油喷射式供油系统混合气的形成(a)单点汽油喷射系统结构示意图(b)多点汽油喷射系统结构示意图

2.化油器与汽油喷射系统的比较

（1）空燃比精确控制，使任何工况下都处于最佳工作状态，特别是对过渡工况的动态控制（2）没有喉管，减小进气阻力，不需要对进气管加热来促进燃油的蒸发，充气效率高（3）进气温度低，爆燃得到了有效控制，有可能采取较高的压缩比（4）混合均匀性问题比较容易解决（5）冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑

控制方法

ECU是电控汽油喷射系统的核心，内装有微型计算机。发动机工作状态通过传感器反映给ECU。在ECU内存储喷射持续时间、点火时刻、怠速和故障诊断等数据，这些存储的数据与发动机工况以及计算机程序相匹配。ECU利用这些数据和来自发动机上各种传感器的信号，经过逻辑运算，又输出控制信号给执行器，通过执行器控制发动机工作状态

8.3汽油机的燃烧室

汽油机对燃烧室的要求

1.结构紧凑——面容比F／V(燃烧室表面积与容积之比)常用于表示燃烧室的紧凑性

2.具有良好的充气性能

3.火花塞位置安排得当

4.燃烧室形状合理分布

5.要产生适当的气体流动

图8.25几种燃烧室的F／V与HC排放

图8.26顶置气门燃烧室火花塞位置与辛烷值要求

图8.27燃烧室形状对燃烧放热率的影响

传统汽油机燃烧室

楔形燃烧室

盆形燃烧室

半球形燃烧室

图8.31不同燃烧方式的性能对比

汽油机稀薄燃烧系统

＞17

图8.32TGP燃烧室

TGP燃烧室与传统型燃烧室放热率比较

1.均质稀混合气的燃烧室

图8.34TGP燃烧室NOx的比较

2)双火花塞燃烧室

半球形燃烧室中心两边等距离处各布置一个火花塞，火焰传播距离仅为缸径的一半，点火提前角可减小

2.分层燃烧燃烧室

1）美国德士古分层燃烧系统(TCCS)

本田公司CVCC燃烧系统

分区燃烧方式

轴向分层稀燃系统

图8.38轴向分层工作原理a）进气过程早期b）进气过程后期c）压缩过程4）滚流(纵涡)分层稀燃系统

三菱公司MVV(Mitsubishiverticalvortex)燃烧系统

5）四气门分层稀燃系统

AVL公司四气门高压缩快速燃烧(HCFB，highcompressionfastburn)系统

3．缸内直喷式稀薄燃烧方式

缸内直接喷射(GDI，gasolinedirectinjection)是指直接往气缸内喷射汽油

图8.42三菱GDI燃烧系统

GDI

特点不能采用已十分成熟的传统三效催化剂，